Czarne dziury są obiektami grawitacyjnymi o tak wielkiej masie i gęstości, że nawet światło nie jest w stanie z nich uciec. Sama nazwa „czarna dziura” została stworzona dla zobrazowania tego, że takie obiekty nie odbijają niczego, niczym ciało doskonale czarne pochłaniające padające na nie światło.
Na podstawie równania pola ogólnej teorii względności Einsteina, często nazywanego także równaniem pola grawitacyjnego, niemiecki fizyk Karl Schwarzschild wyliczył w 1916 r. istnienie tzw. osobliwości we wnętrzu czarnej dziury. Dla fizyków jest to bardzo kłopotliwe zjawisko, ponieważ wszystkie znane nam teoretyczne prawa fizyki przestają w nim działać ze względu na nieskończone wyniki.
Osobliwość (ang. singularity) została opisana i zdefiniowana w 1969 roku przez dwóch angielskich fizyków: Stevena Hawkinga i Rogera Penrose’a. Przyjęli oni hipotetyczne założenie, że w czasoprzestrzeni pojawił się punkt, którego krzywizna była nieskończona i powstał z niej wszechświat. Rok później Hawking i Penrose opublikowali przełomową pracę naukową pt. „Osobliwości w kolapsie grawitacyjnym i kosmologii”. Opisywała ona obszar, w którym materia jest ściśnięta do najmniejszej możliwej przestrzeni. Innymi słowy: obiekt posiada masę, ale nie ma rozmiaru, jednocześnie mając nieskończoną gęstość. I to owa „nieskończoność” przez ostatnie 50 lat budziła wielki niepokój naukowców, w tym także samego Hawkinga, który posiłkując się mechaniką kwantową, pod koniec życia zaczął rewidować swój pogląd. We wznowionym wydaniu „Krótkiej historii czasu” napisał nawet zdanie, które wywołało dyskusję w świecie fizyków teoretycznych: „(...) w rzeczywistości nie było żadnej osobliwości w chwili powstawania wszechświata”.
„Natura tak nie działa”
Słowo „nieskończoność” wywołuje dyskomfort intelektualny naukowców. Przecież nieskończoności nie obserwujemy w otaczającym nas świecie przyrody. Gdyby była zjawiskiem powszechnie występującym w naturze, naruszałaby prawo powszechnego ciążenia Newtona. Ilustruje to przykład z piłką, która kiedy jest oddalona od Ziemi, posiada pewną, niewielką wagę. Kiedy zbliżymy ją do Ziemi, ciężar się zwiększa. Teoretycznie, zbliżając piłkę do środka naszej planety, doświadczymy nieskończonej siły przyciągania. No, ale tak nie jest. Proste prawo grawitacji Newtona przestaje działać, kiedy przyciągniemy obiekt blisko Ziemi. Dlaczego? Wpływa na to kilka czynników, w tym faktyczne rozmieszczenie masy planety, co wymusza zastosowanie złożonych równań, przewidujących różne zachowania.
Pochodzący z Indii fizyk teoretyczny prof. Abhay Ashtekar i jego kolega dr Javier Olmedo z Pennsylvania State University, we współpracy z prof. Parampreetem Singhiem z Louisiana State University, opublikowali 10 grudnia 2018 r. w prestiżowym magazynach „Physical Review Letters” i „Physical Review D” wyniki swoich analiz dotyczących osobliwości wewnątrz czarnych dziur. Naukowcy uważają, że chociaż ogólna teoria względności Einsteina przewiduje, że pojedyncza nieskończona gęstość istnieje w centrum czarnych dziur, to w bardzo małych obszarach między cząsteczkami elementarnymi wcale tak się nie dzieje. W miejsce teorii Einsteina pojawia się nowa teoria, którą nazwano grawitacją kwantową.
